Consejos para un aspirante a físico de partículas

La pulsión por ser físico de partículas es una de las manifestaciones más frecuentes de ese nerd que todos llevamos dentro. En la mayor parte de las ocasiones conseguimos refrenar tan seductor instinto, pero si alguien se decide a sucumbir plenamente a ese oscuro objeto de deseo y -lo más importante- si encuentra la ocasión de unirse a un grupo de investigación en el que dar rienda suelta al sensual goce del Universo de altas energías, hay algunos consejos que pueden ser de gran utilidad, tal como Tommaso Dorigo nos cuenta en su blog A Quantum Diaries Survivor.

A modo de resumen -los interesados disfrutarán sin duda de la lectura de las reflexiones completas de Tommaso en dos posts: aquí y aquí– estos consejos son:

1. Desnúdate [¡intelectualmente!] delante de unos pocos elegidos. Quién más, quién menos infló su CV para obtener el puesto de becario en el laboratorio, así que mejor que tu jefe sepa cuanto antes que, bueno, hay algunas lagunas en tus habilidades y conocimientos. Más vale una vez colorado que ciento amarillo.
2. Conviértete en alguien conocido. No sólo es importante trabajar, sino que los demás vean que trabajas y que estás metido en todos los fregados (científicos, claro). Acude a tres veces más seminarios y reuniones de los que en realidad precisas. Puedes aprovechar el tiempo haciendo pruebas con el portátil, y pillarás algo de comer.
3. Sé un tonto hoy si quieres ser un gurú mañana. Éste es fantástico. El consejo número 2 está bien como un primer paso, pero además de dejarse ver hay que hacerse ver y oír. Hay que preguntar frecuentemente en las presentaciones, aunque parezca que la pregunta es tonta o denota ignorancia. No hay que subestimarse ni sobreestimar el nivel del resto de la audiencia. Además en muchas ocasiones las preguntas serán pertinentes y se aprenderán cosas. Incluso puede que estimules [¡intelectualmente!] al orador.
4. Revisa tus artículos. A diferencia de otros campos (o no, pero dejémoslo así), en física de altas energías es posible ir de co-autor en un artículo sin haber hecho una contribución decisiva al mismo, e incluso sin haberlo leído antes de que salga impreso. Leer los borradores y sugerir correcciones o apuntar comentarios sobre algún aspecto te hace aprender sobre el tema del artículo, sobre el arte de la comunicación científica, y te da puntos en el prestigiómetro.
5. Habla de ti mismo en tercera persona. Esto es algo que hasta Maradona sabe, y que más allá del aspecto sintáctico se traduce en que hay que ser humildes pero no muy humildes, y no dejarse pisar el terreno. De la pose de autoconfianza a una genuina seguridad sólo hay un paso, pero hay que darlo.

No están mal traídos estos consejos, y aunque uno no sienta la llamada de Planck con tanta intensidad como para meterse a la física de partículas profesional, los consejos son bastante universales. ¡Que Fermi te acompañe!

La búsqueda del bosón de Higgs en el LHC cerca de comenzar

Hace un par de semanas se procedió al emplazamiento del último componente del CMS (Compact Muon Solenoid), uno de los sensores del LHC que pueden permitir el descubrimiento del bosón de Higgs. El CMS es un dispositivo de 12500 toneladas de peso, cuya finalidad es la detección de muones. Su utilidad en la detección del bosón de Higgs radica en el hecho de que si éste tiene una masa de unos 150 GeV puede decaer en dos bosones Z, cada uno de los cuales decaería a su vez en un muón y un anti-muón. La detección de este tipo de eventos puede proporcionar por lo tanto evidencia clara del bosón de Higgs y de su masa.

Credit: CERN

El funcionamiento del CMS es sumamente interesante. Se trata básicamente de un detector cilíndrico organizado en diferentes capas de detección: una primera que registrará y detendrá a fotones y electrones, una segunda que dará cuenta de los hadrones, y una tercera a la que sólo pueden llegar neutrinos y muones. La presencia de un fuerte campo magnético provocará que la trayectoria de las partículas cargadas se curve, lo que unido a una red de sensores concéntricos permitirá obtener una indicación de la energía y tipo de la partícula incidente. La imagen inferior muestra un corte transversal del detector, y pulsando sobre el mismo se puede acceder a una animación en flash que muestra la trayectorias de diferentes tipos de partículas en él.

El último componente del CMS que se acaba de situar en posición, 100 metros bajo el suelo, es una especie de tapa del cilindro, con un peso de 1430 toneladas. Ahora queda completar la instalación y de ir todo bien, se podrán tener todos los detectores operativos para abril de este año. La caza está cerca de dar comienzo en el LHC.

Credit: CERN

Cazar al bosón de Higgs

El bosón de Higgs es una de las piezas de caza mayor que la física de altas energías espera cobrarse a muy corto plazo. Esta partícula es el cuanto de uno de los componentes del campo de Higgs, y resulta fundamental para dar consistencia al modelo estándar: sin él, el modelo es consistente sólo si todas las partículas se mueven a la velocidad de la luz (es decir, no tienen masa). Dado que la experiencia muestra fehacientemente que no es ése el caso, el campo de Higgs es necesario para deshacer el entuerto. En cierto sentido podemos imaginar que este campo es un fluido que permea todo el Universo, y que ofrece una resistencia a las partículas que se mueven en él. Esta resistencia no sería la habitual fricción que hace que un cuerpo en movimiento se detenga eventualmente, sino que constituiría en realidad una amortiguación, esto es, una resistencia a los cambios de velocidad. En resumidas cuentas, proporcionaría inercia (i.e., masa) a las partículas que interaccionaran con él.

Dado que el modelo estándar se derrumbaría como un castillo de naipes si no se detecta el bosón de Higgs, puede entenderse el anhelo de los físicos por verificar experimentalmente su existencia. El límite inferior experimental a su masa es de 114.4 GeV, y con un nivel de confianza del 95%, su masa no es superior a 144 GeV. Estos valores están dentro de lo que se podrá explorar con ayuda del LHC, por lo que pronto se podrá ver si la teoría se reafirma, o entra en serios problemas.

Como es habitual en la caza de este tipo de partículas, la detección del bosón de Higgs se realizará a través del estudio de los residuos de su desintegración. Dado que se producirán cientos de millones de colisiones por segundo, es preciso que se filtren de manera automática los eventos potencialmente interesantes para su posterior estudio detallado. Es una labor muy ardua, de la que podemos hacernos una remota idea gracias a un pequeño juego en flash que proporciona el London Science Museum, y del que JoAnne nos habla en Cosmic Variance. En este juego nos van saliendo una serie de trazas simplificadas de las que tenemos que elegir cinco eventos candidatos, y luego comprobar si realmente se corresponden con la «firma» del bosón de Higgs. ¿Alguien quiso alguna vez jugar a ser físico? Esta es la oportunidad.

Un cazador de sombras de neutrinos recorre Europa

Impresionante imagen, ¿verdad? No se trata del rodaje de la segunda parte de La Guerra de los Mundos, ni de que una nave de transporte angosiana haya aterrizado en mitad de un pueblo. Lo que aquí vemos es uno de los componentes de KATRIN, un experimento de física de partículas, a su paso por el pueblo alemán de Eggenstein-Leopoldshafen, tal como nos cuenta Sabine en Backreaction (más fotos disponibles en su blog). Concretamente se trata del espectrómetro principal, un recipiente de acero de unos 10 metros de diámetro, unos 25 metros de largo, y 200 toneladas de peso. Sus enormes dimensiones han causado que para ir desde Deggendorf (donde se construyó) hasta Karlsruhe (su destino final, a unos 400 km de distancia) haya tenido que realizar un rocambolesco recorrido por media Europa, incluyendo el Mediterráneo y el Atlántico. Aquí podemos ver una fotografía en la que se aprecia su escala junto a un par de personas (hay también un vídeo interesante aquí; son 36MB). En las imágenes inferiores se puede apreciar un esquema de este componente, así como de su lugar dentro del sistema completo.

El objetivo del experimento es determinar la masa del neutrino electrónico, una de las más elusivas partículas elementales, ya que su ausencia de carga eléctrica, y su ínfima masa -si la tiene- la hacen muy difícil de detectar. De hecho, aunque en el modelo estándar se asume que no tiene masa, ahora se piensa que realmente su masa no es nula. La determinación de su masa tendría consecuencias muy importantes a nivel cosmológico, ya que -fotones aparte- los neutrinos son las partículas elementales más abundantes del Universo.

Para realizar la determinación de la masa del neutrino electrónico se empleará un método indirecto. Concretamente, se estudiará la desintegración beta del tritio, que produce un núcleo de Helio-3, un electrón, y un antineutrino electrónico, tal como se ve en la figura adjunta.

Como la masa del neutrino es tan pequeña, lo que se hará es medir la energía de los electrones producidos. Si la masa del neutrino es distinta de cero, la distribución de energía de los electrones diferirá de la que la teoría predice para un neutrino sin masa. Calculando la diferencia en el extremo de la distribución se podrá estimar dicha masa equivalente.

Lo novedoso del experimento es entre otras cosas la alta precisión del espectrómetro (0.2 eV/c²), lo que permitirá determinar si la masa equivalente del neutrino es superior a 0.35 eV/c² (la cota superior en este momento es de 2.2 eV/c²). Es bastante posible que el resultado del experimento sea negativo, en el sentido de que la masa del neutrino sea todavía menor. En cualquier caso, esto permitirá seguir acotando su magnitud, a la espera de futuros experimentos que puedan hilar más fino.